【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工新材料领域，具体涉及一种双功能聚合物基氨气吸附剂及其制备方法。
技术介绍
1、氨气被认为是全球化学工业中最重要、最有价值的产品之一，被广泛用于生产有价值的农业肥料、制药、有机化合物和高分子化合物。此外，氨气也被视为一种氢源，应用于氢能工程领域。尽管氨气的替代生产取得了一些进展，但目前绝大部分氨气的生产仍主要采用传统的 haber-bosh工艺。该工艺主要是利用氮气和氢气在高压下反应生成氨气。但是由于反应热力学平衡的限制，合成氨反应转化率只有10-20%。通常，合成的氨气通过物理冷却液化来收集。但是受限于氨气的汽液平衡，约3 %的氨气会在循环气中残留，这会导致氨气合成效率降低，从而影响氨气产能。因此对于这部分低浓度氨气的回收是十分必要的。
2、此外，由于氨气的广泛应用，每年也有超过1000万吨的氨气作为工业废物排放到大气中。这些废气中的氨气浓度通常为450 ppm~ 30000 ppm不等。由于氨气是大气中含量最高的碱性气体，具有很强的腐蚀性。因此，大量低浓度的氨气被排放到大气中，导致严重的环境污染。更糟糕的是，氨气会通过与酸性氧化物（如硫和氮氧化物）反应生成小于2.5 μm的固体颗粒，从而成为大气中pm 2.5的前驱体，对环境造成严重破坏。因此，捕集和回收低浓度氨气对环境保护和经济发展至关重要。
3、关于氨气的吸收分离，常用的方法有液体吸收法和固体吸附法这两大类。液体吸收法中主要是靠液体吸收剂来捕获氨气。离子液体（ils）及低共熔溶剂（dess）作为新兴的环保型液体吸收剂受到广泛关注。i
技术实现思路
1、为解决现有固体吸附剂因功能位点种类较少、密度较低等原因造成的对低浓度氨气吸附能力不足的问题，本专利技术于提供了一种具有高氨气吸附容量（尤其对于低浓度氨气具有高吸附容量）、再生性好、选择性高的含有多种功能位点且功能位点密度高的双功能聚合物基氨气吸附剂。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种双功能聚合物基氨气吸附剂，其化学结构式如下：
4、，
5、其中，x为ycl3、y2cl5、y3cl7中的一种，y为co、ni、zn、fe、mn、mg、ca、sn、cu中的一种；r为oh、nh3+cl−、cooh中的一种；a≥10，b≥10。
6、所述双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，是先将乙烯基咪唑与功能化卤代烷烃进行季铵化反应，再引入金属氯化物进行螯合反应，以实现双功能化，然后引入二乙烯基苯进行自由基共聚反应，得到具有多孔结构的双功能聚合物基氨气吸附剂；其包括如下步骤：
7、1）将乙烯基咪唑与功能化卤代烃混合，然后加入有机溶剂a，在惰性气体保护下，经回流反应后，用有机溶剂b洗涤所得混合物，再将洗涤后的产物干燥，得到中间产物1；其反应式如下：
8、；
9、2）将中间产物1与金属氯化物混合，加入有机溶剂c进行反应后，将所得反应液在一定温度下旋蒸，旋蒸后的产物干燥，得到中间产物2；其反应式如下：
10、；
11、3）将中间产物2与二乙烯基苯、偶氮二异丁腈混合，加入四氢呋喃的水溶液，室温下搅拌一定时间后，将装有混合溶液的聚四氟乙烯内衬装入水热釜并置于烘箱中，在一定温度下反应；反应结束后，将所得产物室温放置进行挥发后，将挥发后的产物干燥，得到双功能聚合物基氨气吸附剂；其反应式如下：
12、。
13、进一步地，步骤1）中，乙烯基咪唑与功能化卤代烃的投料摩尔比为1:0.5~4；所述功能化卤代烃为3-氯-1-丙醇、3-氯丙胺盐酸盐和3-氯丙酸中的一种；所述有机溶剂a为n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、乙腈中的一种；所述反应的温度为60~150 ℃，时间为12~60 h；所述有机溶剂b为乙醚或乙酸乙酯；所述干燥的温度为20~120 ℃，时间为12 ~60 h。
14、进一步地，步骤2）中，中间产物1与金属氯化物的摩尔比为1:0.5~6；所述金属氯化物为cocl2、cacl2、mgcl2、zncl2、nicl2、sncl2、cucl2、mncl2、fecl2中的一种；所述有机溶剂c为乙醇、二甲基亚砜、甲醇中的一种；所述反应的温度为60~80 ℃，时间为2~12 h；所述旋蒸的温度为30~80 ℃；所述干燥的温度为60~120 ℃，时间为12~60 h。
15、进一步地，步骤3）中，所用中间产物2、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈的质量比为1:(0.5~5):(0.005~0.2)；所述四氢呋喃的水溶液中四氢呋喃与水的体积比为1:1；室温搅拌的时间为1~5 h；所述反应的温度为80~160 ℃，时间为12~48 h；所述挥发的时间为12~48h；所述干燥的温度为40~120 ℃，时间为12~60 h。
16、所述双功能聚合物基氨气吸附剂可用于低浓度氨气的高效吸附分离。
17、进一步地，用于氨气吸附分离时的吸附温度为-30~40 ℃，吸附压力为0.01~5mpa。对吸附氨气后的吸附剂加热减压即可脱附再生，脱附温度为60~160 ℃，脱附压力为0~0.01mpa。
18、本专利技术的有益效果在于：
19、（1）本专利技术所得双功能聚合物基氨气吸附剂的功能基团可调性，可引入多种lewis酸和金属离子来作为氨气吸附位点。
20、（2）本专利技术所得双功能聚合物基氨气吸附剂对于低浓度氨气具有超高的氨气吸附容量，其对于3 vol. %氨气的吸附容量高达10.8 mol/kg。
21、（3）该氨气吸附剂具有优异再生性能和高氨气选择性，具有良好的工业化应用潜力。
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1.一种双功能聚合物基氨气吸附剂，其特征在于，其化学结构式如下：
2.一种如权利要求1所述的双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，其特征在于：先将乙烯基咪唑与功能化卤代烷烃进行季铵化反应，再引入金属氯化物进行螯合反应，以实现双功能化，然后引入二乙烯基苯进行自由基共聚反应，得到具有多孔结构的双功能聚合物基氨气吸附剂。
3.根据权利要求2所述的双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中，乙烯基咪唑与功能化卤代烃的投料摩尔比为1:0.5~4；所述功能化卤代烃为3-氯-1-丙醇、3-氯丙胺盐酸盐和3-氯丙酸中的一种；所述有机溶剂a为N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、乙腈中的一种；所述反应的温度为60~150 ℃，时间为12~60 h；所述有机溶剂b为乙醚或乙酸乙酯；所述干燥的温度为20~120 ℃，时间为12 ~60 h。
5.根据权利要求3所述的双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，中间产物1与金属氯化物的摩尔比为1:0.
6.根据权利要求3所述的双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所用中间产物2、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈的质量比为1:(0.5~5):(0.005~0.2)；所述四氢呋喃的水溶液中四氢呋喃与水的体积比为1:1；室温搅拌的时间为1~5 h；所述反应的温度为80~160 ℃，时间为12~48 h；所述挥发的时间为12~48 h；所述干燥的温度为40~120℃，时间为12~60 h。
7.一种如权利要求1所述的双功能聚合物基氨气吸附剂在低浓度氨气吸附分离中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种双功能聚合物基氨气吸附剂，其特征在于，其化学结构式如下：
2.一种如权利要求1所述的双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，其特征在于：先将乙烯基咪唑与功能化卤代烷烃进行季铵化反应，再引入金属氯化物进行螯合反应，以实现双功能化，然后引入二乙烯基苯进行自由基共聚反应，得到具有多孔结构的双功能聚合物基氨气吸附剂。
3.根据权利要求2所述的双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的双功能聚合物基氨气吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中，乙烯基咪唑与功能化卤代烃的投料摩尔比为1:0.5~4；所述功能化卤代烃为3-氯-1-丙醇、3-氯丙胺盐酸盐和3-氯丙酸中的一种；所述有机溶剂a为n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、乙腈中的一种；所述反应的温度为60~150 ℃，时间为12~60 h；所述有机溶剂b为乙醚或乙酸乙酯；所述干燥的温度为20~120 ℃，时间为12 ~60 h。
5.根据权利要求3所述的双功能聚合物基氨气吸附...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄宽，郑潞，江莉龙，曹彦宁，马永德，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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